節能電機的發展現狀與電力拖動存在的問題分析

蒲天旺

（甘肅能源化工職業學院，甘肅 蘭州 730207）

0 引言

到目前為止，在國內電機拖動工程中的節能技術主要有高效節能電動機以及稀土永磁電動機等相關技術。其中電機是由兩大部分組成，首先要明確發電機是動力設備的核心部件，因此電力拖動是廣泛應用于國內重工業部門，為我國經濟的發展起到了重要作用，也是當前社會不可或缺的傳動方式[1]。由此可以看出電力拖動節能技術，對于促進經濟的高質量發展有著十分重要的現實促進作用。

1 當前節能電機發展狀況

就目前來看，雖然我國經濟在經過疫情的檢驗過后更加穩步向前發展，工業總產值已經達到了美、日之和，但是我國的機電行業技術發展水平明顯落后于當今世界先進制造國家，對此在2015年所頒布的《中國制造2025計劃》就明確表示要加大研發綠色產品，淘汰落后機電產品以及相關技術，而在目前我國機電生產和使用過程主要是遵循兩大標準，但是在實際管理中由于客觀因素的存在導致難以實現，或者是未達到節能標準。工信部提出了相應的改革方案，致力于大力推廣節能技術和裝備，淘汰規模龐大的低效機電設備。但在當前由于歷史原因，我國機電產品主要還是以三相異步為主，但是在修訂IEC60034-30的過程中著眼于當前我國的客觀環境，因此將其劃分為兩大標準。很明顯這也為未來該行業的發展方向指明了前進道路，也填補了當前GB18163-2012標準中的某些技術空白，但是著眼于節能技術還需要進一步研究IE4電機技術，不僅能夠滿足國內外市場所需，并且也能實現節能減排的目標。對此在制定高效機電產品時，就需要明確技術條件，在功率和平均效率上也需要達到相關標準。比如用高速三相同步電機，在進行技術探究的過程中，還可以向其他領域方向進行拓展，比如在微燃發電和高速儲能等領域也是大有可為。高轉矩低速永磁類型電動機的發展中，我們可以分為兩個方向來進行看待，比如高轉速主要指的是傳動系統的額定轉矩要大于500Nm，至于低速，主要是指轉速每分鐘不超過500r，如果能夠將此類型的電動機應用于球磨機，不僅可以提高運行質量，更重要的是平均實現節能的效率要高于平均值10%以上。另外在高性能的永磁類伺服電機發展過程中，可以應用于數控機床，同時也可以應用于各種工業生產設備當中，比如家具制造以及紡織品等等[2]。另外隨著我國汽車工業的飛速發展，也進一步開發出了相應的產品，比如說H80-H355它的各項數據分別為轉數，可以達到每分鐘3000r，可調速范圍在100-5000r/min，它的出現也為我國工業的發展注入了一股強心劑。但是為了能夠有效保證電機節能的效果達到相關標準，對此就需要不斷的進行技術探索，找出節能過程當中的關鍵技術，以此不斷推動該行業的快速發展。

2 節能機電的發展狀況

近幾年隨著我國開始向工業化強國邁進，機電行業也迎來了快速成長時期，但由于處于高速發展階段，因此相應的標準也在不斷得以提升。需要采用新型的設計方案和工藝以及新材料，通過降低電磁能和熱能以及機械的損耗，以此提高輸出效率。在節能效果是極其明顯的，通常情況下能夠高出行業平均效率接近5%左右。

3 電力拖動相關問題分析

3.1 控制線路問題

在當前的機電產品當中，關于電力拖動控制線路所產生的故障問題也是極為常見，但是在詳細查明原因以后，我們可以將其分為三種類型。其中第一種是屬于突發型，其原因就在于使用時間過長，其內部的電子元件或者是導線由于長期使用導致升溫或者是熱量過多，進而出現冒煙等問題。產生的原因就在于長期使用并沒有進行及時檢修以致于導致線路出現短路，因此這也就告訴我們，在平時也需要及時加強檢修不可“帶病”工作。第二種為漸變型，它的故障主要還是在于接線口之間線路接觸不良或者是部分配件出現老化的現象。最后就是間接型故障，但是該類型的故障在平時也是難以進行預測的，并且在檢修時難度相對而言比較大。

3.2 同步電機問題

首先由于該電機的結構相對而言比較簡單，但是當啟動處于正常狀態時，旋轉磁場就處于相對靜止的狀態，此時就能夠產生較為穩定的轉矩。因此我們就可以發現在同步速度下能夠穩定運行，但是主要使用的是50赫茲的交流電源，在啟動的同時有可能會對其機械性造成一定的影響，此外由于轉子慣性較大，那么就會很容易出現轉動困難的情況。對此在保持循環狀態時作為轉子就只能夠出現原地擺動的情況，其結果就會導致在啟動的時候會出現諸多問題。另外還有一點需要注意該電源頻率轉速在保持同步運行的狀態時，與負載是沒有任何關聯，對此我們要改變其轉速只有使用變頻調速[3]。

4 解決電力拖動的具體方案

首先當控制線路出現問題時，對此就需要及時開展檢修工作詳細辨明故障出現的位置，但由于所出現的問題是多種多樣，由于不能直觀的查明原因就需要采用多種方法進行測試，才能夠更為精準的確定故障的位置，初步判斷其所處的方位大小，在確定范圍以后逐步縮小進行排查，最后完成相應的檢修流程。對此在實踐的過程當中就需要首次試驗線路，雖然看起來是有些多此一舉，但能夠有效確保故障不會出現蔓延的態勢，不會對周圍的器械元件產生相應的損傷，因此在此前提下進行測試是有著明智之舉。為了有效確認故障所處的大致范圍，因此就需要及時進行通電檢查，要詳細查看各項設備的運行情況在此之后還需要拖動線路，測試周圍設備是否出現異常，進而判斷出線路出現問題的范圍。在初步了解以后就需要按照拖動線路的控制原理準確觀察此過程中所出現的異常現象，然后再根據相應的流程縮小范圍。因此該方法非常適合于檢修較為復雜的線路故障，在工作效率和結果上都是相當不錯。另外在拖動線路時，還需要使用相應的測量工具，以此確保測量結果準確無誤，在測量過程當中還還需要按照相應的流程進行操作，對于如何定位故障點考慮到復雜程度，對此就需要開展多點測量再按照流程進行的同時也避免出現測量，對連接點進行相應的編號，整個過程能夠有序從容的開展[4]。比如在使用電壓法進行測量時，就需要選擇使用萬用表在工序開動之前要先進行調節之后需要檢查表針是否處于正確的位置，當出現偏離以后要輕輕的進行糾正，但是要避免校正過度，從而對該項設備造成影響或者是損傷。以后按照相應的要求將開關設置在對應的量程上，以此保證測量結果準確，接下來就需要按照相應的標號逐步開啟測量以此排查潛在的故障。并且在此過程中由于是處于帶電狀態，因此就必須要保證工作人員的人身安全。此方法的優點在于測試故障速度快，方法簡單，準確度相對比較高，但由于是帶電工作，因此存在一定的安全性。

5 解決同步電機啟動和調速的問題

5.1 直接啟動方案

電力網由輸電變電以及相應的輔助系統組成也是屬于電力系統的一部分，但由于電網的啟動是需要負載無功功率，那么在此過程中必然會出現線路損耗，顯然這也并不符合綠色節能技術的要求。對此為了保證啟動過程的穩定性以及符合節能的要求，那么同步電動機的啟動就成為關鍵因素，因為在啟動時轉子沒有加入勵磁，在此時就可以通過電動機將其引入到同步轉速，但是在接入電網以后為了能夠實現降低對能源消耗，就需要將輔助電動機停運。但由于在啟動的過程中操作流程相對比較繁雜，并且也需要兼顧多種突發狀況，此過程中需要使用到多種設備因此復雜性比較高，應用范圍相對比較狹隘。

而異步啟動主要是在電動機上安裝異步繞組方式，以此實現啟動方法相對簡單便捷，并且也沒有過多繁雜的程序，在轉速趨于同步時就需要將勵磁電流引入其中，其目的就在于保證電動機和電磁轉距實現同步運行，因此就可以發現與同步啟動相比其優點極為明顯，需要設備上便于操作，并且在此期間可以有效降低安全事故的發生。在使用此方法啟動以后，也不再需要將繞組短路，有效防止單向流量增大有利于減少附加轉拒。

5.2 變頻調速

當同步電動機轉速和頻率處于一致時，可以保持處于穩定狀態但是和負載沒有任何關系。就目前來看可供選擇的節能方案可以分為自控和他控兩種，前者由于在啟動過程中因為轉子帶來的震蕩等因素從而造成的一定的安全問題，因此在系統當中安裝軸端檢測器可以利用其所發出的信號，實現轉子和定子能夠實現同步，有助于減少和消除在設備運轉過程中所出現的能量沖擊問題。在使用上可以使用“交、交”或者“交、直、交”模式。此外在使用逆變器以及轉子檢測器也能夠實現一定程度的節能增效。而他控系統在節能方案上相對比較單一，只能夠選擇“交、直、交”作為調速系統的唯一裝置，但是從結構上來看，和自控相比較簡單，并且操作起來也是極為簡便但唯一的缺陷就在于效率低。但由于調速方式有可能存在轉子失步等諸多問題，因此在安全性上相比于自控系統要弱了很多，對此也就導致實際應用普遍比較低。

6 結論

綜上所述，使用電力拖動方式控制電機傳定，不僅便于控制同時也能夠提高節能效率，同時還能減少對環境的污染[5]。此外由于完全符合節能減排的目標，對環境的污染相對比較少該方案已經被廣泛應用于工業生產當中。在此過程中還需要合理的解決常見的拖動問題，以此降低能源消耗，對于行業的持續發展有著積極的現實意義。對此作為行業的技術人員，就應當及時了解當前節能電機的廣闊市場應用空間，還需要找出發展中所出現的問題采取合理的措施予以解決，加快我國電力行業的發展，進一步促進我國的健康、可持續發展。